單晶晶，康在龍

(1.青島恒源熱電有限公司，山東 青島 266000；2.青島能源集團(tuán)有限公司，山東 青島 266071)

0 引言

在蒸汽管道中增加關(guān)斷閥保護(hù)裝置，目的就是能在運(yùn)行過(guò)程中根據(jù)需要及時(shí)關(guān)閉系統(tǒng)，從而滿足系統(tǒng)平穩(wěn)或利于檢維修等基本生產(chǎn)運(yùn)行需求。因此，在現(xiàn)代供熱管道設(shè)計(jì)與安裝環(huán)節(jié)，熱力管道主線、支線的起點(diǎn)、中間銜接點(diǎn)、終點(diǎn)都加裝保護(hù)關(guān)斷閥門，主線加裝間距一般在1 500～2 500 m，支線加裝間距一般在800 ～1 200 m。通常情況下，蒸汽或熱水管道保護(hù)關(guān)斷閥采用雙向富彈性的密封閥，以充分保障管網(wǎng)的正常運(yùn)行。

隨著現(xiàn)代供熱技術(shù)的進(jìn)一步成熟，城鎮(zhèn)集中供熱的體量、規(guī)模和要求越來(lái)越高，管道內(nèi)直徑逐漸由DN 1100 擴(kuò)張為DN 1500，伴有高溫、高壓、高流速，因此對(duì)安全運(yùn)行系數(shù)提出了更高的需求，此時(shí)，加裝具有高性能自動(dòng)保護(hù)裝置的關(guān)斷閥的價(jià)值也就愈發(fā)重要。然而，近年來(lái)，諸多供熱管網(wǎng)的運(yùn)行故障及實(shí)踐案例分析證明，普通閥門的關(guān)斷性能通常只能維系3 個(gè)供熱季，隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，閥門的關(guān)斷性能大幅度減弱。根據(jù)中國(guó)城鎮(zhèn)供熱協(xié)會(huì)公布的數(shù)據(jù)，分析2002—2018 年青島、濟(jì)南、哈爾濱、牡丹江、太原、蘭州、石家莊等北方多地發(fā)生的供熱故障或案例，60 %以上與閥門的關(guān)斷缺失、失靈有關(guān)。因此，提高管道關(guān)斷閥門的保護(hù)性能，對(duì)供熱管網(wǎng)安全運(yùn)行至關(guān)重要。

1 熱力管網(wǎng)運(yùn)行與關(guān)斷閥裝置的相互影響

1.1 加裝管道關(guān)斷閥裝置

為進(jìn)一步保障熱力蒸汽管線生產(chǎn)安全運(yùn)行，應(yīng)按照規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)及實(shí)際需要，對(duì)管線加裝關(guān)斷閥門，尤其是在主線、干支線、銜接線的起點(diǎn)、調(diào)度點(diǎn)、終點(diǎn)加裝自動(dòng)關(guān)斷保護(hù)閥。通常而言，該區(qū)域供熱范圍、用戶數(shù)相對(duì)較小，即便整體暫時(shí)性停暖，影響也較為有限，可為快速搶修和恢復(fù)運(yùn)行爭(zhēng)取有利條件。但是，即便如此，也要在關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)加裝自控保護(hù)關(guān)斷閥，以免出現(xiàn)高頻次的突發(fā)性事故。多年的運(yùn)行實(shí)踐數(shù)據(jù)表明，因關(guān)斷閥的缺失、失靈、故障往往將小范圍的停暖擴(kuò)散波及到大面積、高用戶數(shù)、廣影響力度的停暖，甚至全線或區(qū)域的停暖，影響企業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)效率。

1.2 熱力管線內(nèi)水介質(zhì)因素對(duì)關(guān)斷閥性能的影響

根據(jù)GB/T 29044—2013，常見的區(qū)域集中供熱管網(wǎng)系統(tǒng)中水質(zhì)基本要求如表1 所示。

表1 常見的區(qū)域集中供熱管網(wǎng)系統(tǒng)中水質(zhì)基本要求

通過(guò)表1 可以看出，熱力管線中的水質(zhì)參數(shù)要求較為嚴(yán)格，特別是管線補(bǔ)充水的渾濁度從原來(lái)的4.5 NTu 降至2.5 NTu，管線循環(huán)水的渾濁度降至9.5 NTu。但是，實(shí)際在運(yùn)行過(guò)程中，具體實(shí)施情況較為復(fù)雜，根據(jù)管線設(shè)計(jì)新標(biāo)準(zhǔn)要求，施工作業(yè)完成后，管線注水之前，首先需要對(duì)管線進(jìn)行系統(tǒng)清洗，且清洗水速要求在2.0 m/s，以徹底將管線內(nèi)的雜質(zhì)沖刷干凈。對(duì)于這一點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)供熱企業(yè)中，絕大多數(shù)企業(yè)達(dá)不到這項(xiàng)要求。通常沖洗僅存在于安裝過(guò)程中，這樣下來(lái)，導(dǎo)致管線內(nèi)循環(huán)水的渾濁度會(huì)激增。同時(shí)，按照金屬質(zhì)電位防腐防蝕相關(guān)概念原理，熱力管網(wǎng)在運(yùn)行、停運(yùn)保養(yǎng)階段，管線補(bǔ)充水的水質(zhì)要求必須進(jìn)行除氧，且添加化學(xué)試劑以保證水質(zhì)的pH 值符合要求才能更大程度上保證管道系統(tǒng)不被大概率腐蝕，否則，熱力管線的生命周期會(huì)遠(yuǎn)低于規(guī)范的20～25 年。

另外，隨著管網(wǎng)“服役”時(shí)間的增加，管線內(nèi)的腐蝕因子越來(lái)越多，額外的泥沙、鈣化水雜質(zhì)導(dǎo)致管線內(nèi)循環(huán)水的渾濁度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)規(guī)范的基本要求，從而對(duì)關(guān)斷閥的密封構(gòu)造造成威脅，嚴(yán)重影響了閥門的關(guān)斷保護(hù)功能。

2 提高關(guān)斷閥保護(hù)性能的技術(shù)策略

提高關(guān)斷閥的基礎(chǔ)保護(hù)性能是提高管線“服役”生命周期的基本前提，也是保障熱力管網(wǎng)安全運(yùn)行的重要技術(shù)籌碼。中國(guó)城鎮(zhèn)供熱協(xié)會(huì)發(fā)布的相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，北方發(fā)達(dá)城市的供熱管線能嚴(yán)格控制管線運(yùn)行期間、停運(yùn)期間的基本水質(zhì)，盡管難度較大，但基礎(chǔ)投入產(chǎn)出比較為可觀，既增加了關(guān)斷閥的保護(hù)性能，也延長(zhǎng)了管線的基本生命周期，使管線的“服役”期達(dá)到20 年甚至25 年。而瑞典、挪威、丹麥等北歐國(guó)家的同等基礎(chǔ)供熱管線，在保障循環(huán)水水質(zhì)參數(shù)的前提下，管線的生命周期達(dá)到60～80 年。因此，對(duì)于現(xiàn)代發(fā)展轉(zhuǎn)型期的供熱企業(yè)而言，技術(shù)革新任重道遠(yuǎn)，既要保障水質(zhì)符合基本要求，又要提高關(guān)斷閥的保護(hù)性能，加裝補(bǔ)償密封附件，提高耐磨力，從而提高關(guān)斷閥的生命周期。要做到這些盡管工期長(zhǎng)、任務(wù)重，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，投入產(chǎn)出比絕對(duì)可觀。

2.1 提高管線水質(zhì)的基本技術(shù)路徑

(1) 熱力管線系統(tǒng)中的補(bǔ)水水質(zhì)必須達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的基本要求。這一點(diǎn)要求幾乎所有的供熱企業(yè)都能實(shí)現(xiàn)，因?yàn)?，從設(shè)計(jì)、安裝到調(diào)控運(yùn)行階段，管線系統(tǒng)都配套了一個(gè)健全的補(bǔ)水制備裝置系統(tǒng)，企業(yè)相關(guān)作業(yè)人員只要參照規(guī)程進(jìn)行作業(yè)，基本都可以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

(2) 需要將新建的管線沖洗干凈。該項(xiàng)任務(wù)難度比較大，特別是一些大型管線，因?yàn)樗醇俺杀镜脑颍髽I(yè)往往都沒(méi)有按照規(guī)范的要求進(jìn)行系統(tǒng)沖洗，盡管多數(shù)系統(tǒng)都加裝了除污設(shè)備，但鑒于技術(shù)水平的限制，2.0 mm 粒徑及以下的雜質(zhì)、淤泥、水沙、污垢、沉淀物基本無(wú)法清除，且隨著管線“服役”年限的增加，除污裝置性能下降，淤積的雜質(zhì)含量逐年在遞增，此時(shí)，即使用1.5～2.0 m/s 流速的清洗水對(duì)管線進(jìn)行沖洗，也會(huì)影響關(guān)斷閥的保護(hù)性能。

(3) 需要往管線循環(huán)水中加裝化學(xué)試劑。當(dāng)前，在供熱市場(chǎng)中，較為有效的化學(xué)試劑為BF-30 A，該項(xiàng)試劑是根據(jù)金屬質(zhì)防腐防蝕基本原理而研發(fā)的，在北京、天津、濟(jì)南、青島等供熱領(lǐng)域得到較好的推廣和運(yùn)用，并取得了積極的效果。加裝試劑可調(diào)控循環(huán)水的pH 值、酸堿度，調(diào)控循環(huán)水的陽(yáng)極極化值，且對(duì)循環(huán)水加裝試劑需要持續(xù)進(jìn)行，以維持基本性能。因此，無(wú)論是在運(yùn)行階段還是在停運(yùn)階段，都需要持續(xù)地添加試劑，以達(dá)到調(diào)控循環(huán)水水質(zhì)的基本目的。

(4) 需要采用陰極極化保護(hù)技術(shù)。陰極極化保護(hù)技術(shù)是當(dāng)前地埋管線的基本防腐防蝕技術(shù)措施，是電化學(xué)保護(hù)技術(shù)手段的一種。該項(xiàng)技術(shù)的基本原理就是向被腐蝕的金屬表面增加一個(gè)外項(xiàng)基礎(chǔ)電流，將被保護(hù)結(jié)構(gòu)調(diào)整為陰極極化，從而使金屬腐蝕發(fā)生的電子轉(zhuǎn)移度下降，避免腐蝕的進(jìn)一步發(fā)生和蔓延，從而延長(zhǎng)管線的生命周期。該項(xiàng)技術(shù)具有投資大、見效快、操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。

2.2 閥門結(jié)構(gòu)改造要求

在現(xiàn)代城鎮(zhèn)集中供熱技術(shù)水平下，管線內(nèi)循環(huán)水水質(zhì)是關(guān)斷閥運(yùn)行的基本前提。因此，閥門設(shè)計(jì)及制造廠商，需要根據(jù)閥門的基礎(chǔ)構(gòu)造、材質(zhì)等影響因子去設(shè)計(jì)高耐磨度的密封層面，從而保障閥門的密封層面能經(jīng)受住水的長(zhǎng)期沖刷與腐蝕，以保障關(guān)斷閥門的基礎(chǔ)功能。據(jù)此，選用兩種常用的閥門進(jìn)行簡(jiǎn)要分析，以為供熱企業(yè)提供參考。

2.2.1 雙向高彈性金屬層密封蝶關(guān)斷閥

此雙向高彈性金屬層密封蝶關(guān)斷閥是在充分借鑒、消化和吸收國(guó)內(nèi)外先進(jìn)創(chuàng)新技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合當(dāng)前國(guó)內(nèi)熱力管線安全生產(chǎn)運(yùn)行的基本要求進(jìn)行技術(shù)革新研制生產(chǎn)的。該關(guān)斷閥門采用先進(jìn)的三偏離心金屬層密封構(gòu)造，具備高可靠性的密封自動(dòng)保護(hù)補(bǔ)償裝置功能，具有開角大、磨損小、扭矩短等優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)，可保障自動(dòng)保護(hù)補(bǔ)償裝置密封力及密封面不易磨損，以保障雙向密封零泄漏。另外，蝶板密封層面通常采用軟硬層蝶式304 不銹鋼片和柔性石墨板的密封層面，使其具備高硬度和高密封性能等雙重優(yōu)點(diǎn)，無(wú)論在低溫或高溫環(huán)境下，都具有良好的基礎(chǔ)密封性能。因此，此類關(guān)斷閥適用于大口徑的一次網(wǎng)的主線或次主線。

2.2.2 關(guān)斷閥式密閉球閥

該類關(guān)斷閥通常采用砌式斜面組合球閥，以保障密封面層之間形成球面與椎體面的契合，并留有間隙進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，減少磨損，延長(zhǎng)產(chǎn)品的生命周期，提高閥門的關(guān)斷性能，保障熱力管線的安全運(yùn)行。在通常情況下，該類關(guān)斷閥門具有閉合力輕、通徑廣、密封好等優(yōu)點(diǎn)，因此，該類產(chǎn)品在支線、換熱站及二次網(wǎng)中逐漸替代了普通型號(hào)的止閥、閘閥等設(shè)備產(chǎn)品。

2.3 改善管線系統(tǒng)內(nèi)水質(zhì)

該項(xiàng)技術(shù)措施為熱力管線安全生產(chǎn)運(yùn)行的輔項(xiàng)前提。及時(shí)將熱力管線運(yùn)行階段產(chǎn)生的雜質(zhì)、沉淀物、氣體等清除，是保障管線平穩(wěn)、安全運(yùn)行的基本前提。接下來(lái)，將結(jié)合企業(yè)具體實(shí)際，對(duì)常見的排污、排污氣技術(shù)措施進(jìn)行分析。

2.3.1 排污

在生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中，可通過(guò)及時(shí)清除熱力管線中的沉淀淤積物，以保證管線和生產(chǎn)設(shè)備的正常運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)、安全供熱。但是，要將熱力管線系統(tǒng)中的沉淀淤積物集中清除，需要有良好性能的除污設(shè)備及技術(shù)。諸多生產(chǎn)實(shí)踐證明，普通的管線除污設(shè)備往往在后期達(dá)不到清理淤積物的要求，甚至出現(xiàn)管線網(wǎng)被沉淀淤積物堵塞的現(xiàn)象。因此，加裝容器內(nèi)濾網(wǎng)的設(shè)置方式較為重要，例如采用旋轉(zhuǎn)網(wǎng)、斜面網(wǎng)等方式，大概率降低濾網(wǎng)的堵塞現(xiàn)象。通過(guò)立體式多元件除污器、旋轉(zhuǎn)式除污器裝置或者在關(guān)斷球閥結(jié)構(gòu)中加裝過(guò)濾網(wǎng)裝置，提高管網(wǎng)自動(dòng)保護(hù)性能。在生產(chǎn)實(shí)踐中，此類閥往往是一閥多用，可顯著替代Y 型除污設(shè)備在系統(tǒng)中的運(yùn)用，確保板式換熱裝置不被堵塞，進(jìn)而提高供熱效率。

2.3.2 排氣

在供熱管線系統(tǒng)中，通常由于補(bǔ)充水、滲漏、晝夜溫差等原因?qū)е峦獠繗怏w進(jìn)入管線系統(tǒng)，致使系統(tǒng)局部產(chǎn)生積氣，形成氣圈、氣塞，影響供熱效果。另外，因?yàn)楣芫€中氣體的存在，導(dǎo)致管線內(nèi)循環(huán)水的溶解氧超過(guò)了0.15 mg/L 的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，致使熱網(wǎng)系統(tǒng)中產(chǎn)生了陽(yáng)極和陰極化腐蝕，給供熱管線安全運(yùn)行帶來(lái)了隱患。所以，完成管線中的排氣任務(wù)，對(duì)解決供熱管線不熱或降低腐蝕度極為重要。但是，排除管線系統(tǒng)中的氣體需要有較高性能的裝置和設(shè)備。

(1) 采用自動(dòng)排氣閥裝置，這項(xiàng)技術(shù)是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外供熱行業(yè)廣泛運(yùn)用的，其基本原理就是加裝浮球裝置，該項(xiàng)技術(shù)具有節(jié)能、自動(dòng)、高效等優(yōu)點(diǎn)，但是，鑒于國(guó)內(nèi)供熱系統(tǒng)中管線內(nèi)循環(huán)水水質(zhì)差、渾濁度高、含雜質(zhì)多等現(xiàn)狀，自動(dòng)排氣閥極易被堵塞，因此，可操作性不強(qiáng)。

(2) 加裝手動(dòng)排氣設(shè)備，通常情況下，該設(shè)備由集氣罐和排氣閥組成。集氣罐通常有臥式和立式兩類，一般以立式居多，直徑在180～220 mm，高度在250 ～350 mm；手動(dòng)排氣管一般為DN15 ～DN20，需要進(jìn)行定期手動(dòng)排氣，優(yōu)點(diǎn)是性能可靠、易于操作，缺點(diǎn)就是需要人工操作。因?yàn)楫?dāng)前國(guó)內(nèi)的管線循環(huán)水水質(zhì)差，手動(dòng)排氣裝置成為首選方案。

(3) 當(dāng)前歐洲供熱行業(yè)普遍采用的是自動(dòng)真空排氣機(jī)，具有自動(dòng)排氣、節(jié)能可靠等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)就是成本較高，適合有條件的用戶。

3 結(jié)束語(yǔ)

閥門的持久關(guān)斷功能對(duì)解決當(dāng)前國(guó)內(nèi)供熱管線中的安全運(yùn)行存在的問(wèn)題具有較高的實(shí)用價(jià)值，當(dāng)然，改善蒸汽管網(wǎng)中循環(huán)水的水質(zhì)問(wèn)題，不是短期內(nèi)就能一蹴而就的。因此，在當(dāng)前的供熱水平和現(xiàn)實(shí)條件下，采用和加裝供熱管網(wǎng)中普遍使用的高耐磨的雙向高彈性金屬密封蝶閥具有較高的實(shí)踐意義，特別是在大口徑的主干線、次干線中運(yùn)用關(guān)斷閥，對(duì)提高管線供熱能效和平穩(wěn)、安全運(yùn)行，有著較高的實(shí)用價(jià)值和意義。